홍라이프 계산기안전율 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 부품의 강도나 파괴 하중을 실제로 받는 응력이나 하중과 비교해 안전율, 안전 여유, 사용률, 그리고 요구 안전율에 따른 허용 사용값을 구합니다. 볼트, 보, 축, 브래킷, 인양 장비를 검토하는 기술자와 학생이 씁니다.
계산 방법
안전율(FoS) = 파괴값 ÷ 사용값
안전 여유 = FoS − 1
사용률 = 사용값 ÷ 파괴값 × 100%
허용 사용값 = 파괴값 ÷ 요구 안전율
요구치 대비 여유 = FoS ÷ 요구 안전율 − 1
- 두 값은 같은 종류여야 합니다. 강도와 응력(예: 둘 다 MPa)이나 파괴 하중과 사용 하중을 비교합니다.
원리
하중, 재료, 해석 모델 중 어느 것도 정확히 알 수는 없습니다. 하중은 예상보다 클 수 있고, 재료는 자료표보다 약할 수 있으며, 계산은 단순화되어 있습니다. 안전율은 부품이 견딜 수 있는 값과 실제로 요구받는 값 사이에 여유를 둡니다. 안전율 1은 정확히 파괴 직전이고, 2는 사용 하중의 두 배를 견딘다는 뜻입니다. 어떤 파괴값을 쓰느냐가 중요합니다. 영구 변형을 막으려면 항복 강도, 파단을 막으려면 인장 강도, 가는 부재는 좌굴 하중, 반복 하중은 피로 강도를 씁니다.
예제 풀이
기본값인 파괴값 250MPa(항복 강도), 사용 응력 120MPa, 요구 안전율 1.5로 계산합니다.
- FoS = 250 ÷ 120 = 2.08입니다.
- 안전 여유 = 2.08 − 1 = 1.08입니다.
- 사용률 = 120 ÷ 250 = 48%입니다.
- 허용 사용값 = 250 ÷ 1.5 = 166.7MPa입니다.
- 요구치 대비 여유 = 2.083 ÷ 1.5 − 1 = 0.39이므로 요구 안전율을 만족합니다.
| 작용값: 실제 응력 또는 하중 (같은 단위) | 안전율 |
|---|---|
| 30 | 8.33 |
| 60 | 4.17 |
| 90 | 2.78 |
| 120 | 2.08 |
| 150 | 1.67 |
| 180 | 1.39 |
| 240 | 1.04 |
결과 해석
안전율은 해당 파괴 모드와 용도에 대해 설계 기준이 요구하는 값 이상이어야 합니다. 요구치 대비 여유가 양수이면 여력이 있고, 음수이면 기준을 만족하지 못합니다. 안전율이 아주 크다고 무조건 좋은 것은 아니며, 무게와 비용이 늘어납니다.
흔한 실수
- 항복 강도를 응력이 아니라 N 단위 하중으로 나누는 경우
- 반복 하중을 받는 부품에 정적 강도를 쓰는 경우(피로가 지배합니다)
- 요구 안전율을 기준에서 찾지 않고 임의로 정하는 경우
- 안전 여유와 안전율을 혼동하는 경우
자주 묻는 질문
안전율은 얼마가 적당합니까?
분야와 기준에 따라 완전히 다릅니다. 항공기 구조는 엄격한 관리 아래 작은 값을 쓰고, 인양 장비나 압력 부품은 더 큰 값을 요구하는 경우가 많습니다.
안전 여유와 안전율은 같습니까?
아닙니다. 안전 여유는 보통 FoS − 1이며, 항공 분야에서는 FoS ÷ 요구 안전율 − 1을 씁니다.
항복 강도와 인장 강도 중 무엇을 씁니까?
막아야 할 파괴 모드에 맞춥니다. 영구 변형을 막으려면 항복 강도, 파단을 막으려면 인장 강도입니다.
출처: Standard engineering definitions of factor of safety and margin of safety (mechanics of materials textbooks)